地鐵列車制動系統(tǒng)故障原因及改進(jìn)措施

于洪橋 王斌

摘??要：地鐵列車在當(dāng)代人民群眾日常交通中占據(jù)重要地位，制動系統(tǒng)則能夠?qū)Φ罔F列車的安全性產(chǎn)生重要影響，制動系統(tǒng)之中易出現(xiàn)的故障包括制動抱死、防滑失效、制動重故障等多個方面，為了保障運(yùn)行安全，有必要針對其中的制動系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提升制動效果，也就必須首先明確其中的故障原因，并提出合理的改進(jìn)措施。所以該文主要針對地鐵列車制動系統(tǒng)故障原因及改進(jìn)措施進(jìn)行分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵列車??制動系統(tǒng)??故障原因??改進(jìn)措施

中圖分類號：U231????????????????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Causes?and?Improvement?Measures?of?Braking?System?Failures?of?Metro?Trains

YU?Hongqiao??WANG?Bin

（Zhengzhou?CRRC?Sifang?Rolling?Stock?Co.，?Ltd.，?Zhengzhou，?Henan?Province，?450100?China）

Abstract：?Metro?trains?play?an?important?role?in?the?daily?traffic?of?contemporary?people，?and?the?braking?system?can?have?an?important?impact?on?the?safety?of?metro?trains.?The?faults?that?are?easy?to?occur?in?the?braking?system?include?brake?locking，?anti-skid?failure，?heavy?braking?faults，?etc.?In?order?to?ensure?the?safety?of?operation，?it?is?necessary?to?optimize?the?braking?system?and?improve?the?braking?effect，?and?it?is?also?necessary?to?first?identify?the?causes?of?faults，?and?put?forward?reasonable?improvement?measures.?Therefore，?this?paper?mainly?analyzes?the?causes?and?the?improvement?measures?of?braking?system?failures?of?subway?trains，?for?reference.

Key?Words：?Subway?train;?Braking?system;?Failure?cause;?Improvement?measures

當(dāng)前城市交通工具體系持續(xù)完善，地鐵列車的應(yīng)用頻率越來越高，輻射范圍越來越大，雖然整體上已經(jīng)較為成熟，但仍在運(yùn)行穩(wěn)定性以及安全性等方面存在不足之處。而在事實(shí)上，地鐵列車之中，制動系統(tǒng)屬于核心子系統(tǒng)，其應(yīng)用效果能夠?qū)α熊囆熊嚢踩a(chǎn)生重要影響，且任何系統(tǒng)故障均可能引起重大安全事故，所以制動系統(tǒng)中存在任何異常情況，均必須予以高度重視，并深入分析故障原因，方能夠采用科學(xué)合理的措施排除故障并保障運(yùn)行安全。所以在本文中將主要針對某一處于調(diào)試狀態(tài)下的地鐵列車制動系統(tǒng)進(jìn)行分析，根據(jù)其中的典型故障情況進(jìn)行原因分析，并提出改進(jìn)措施。

1??地鐵列車概況

1.1??基本系統(tǒng)

該地鐵列車為四節(jié)編組，動拖比為3：1，根據(jù)轉(zhuǎn)向架情況，A部分僅二位端轉(zhuǎn)向架屬于動力轉(zhuǎn)向架，一位端轉(zhuǎn)向架不具有動力，屬于半動車形式，B部分的轉(zhuǎn)向架則均屬于動力轉(zhuǎn)向架，最大運(yùn)行速度為100km/h。其中的制動系統(tǒng)屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品，集成程度較高，各車均設(shè)制動微機(jī)控制單元2個，氣電轉(zhuǎn)換以及電子控制中全部功能均包含于其中，可以針對空氣制動的執(zhí)行情況充分控制，也可監(jiān)視狀態(tài)并進(jìn)行回饋，并提升空氣制動車輪防滑控制效果。在制動控制過程中，主要采用架控模式，軸控則負(fù)責(zé)車輪防滑保護(hù)。自動控制電路以及閥類零件均于金屬外殼內(nèi)封閉，若其中出現(xiàn)故障，應(yīng)進(jìn)行整體更換，所以應(yīng)用過程較為便捷。

1.2??制動系統(tǒng)

1.2.1?基本情況

制動系統(tǒng)在地鐵列車系統(tǒng)中占據(jù)重要地位，其主要功能在于保障列車平穩(wěn)行駛和安全停靠，根據(jù)實(shí)際工作情況可以認(rèn)為，地鐵列車制動系統(tǒng)的功能主要分為三個部分：（1）應(yīng)用頻率最高的制動方法稱為常用制動法，司機(jī)于手動駕駛模式中傳遞指令，制動系統(tǒng)接收指令后即能進(jìn)行制動，地鐵運(yùn)行時，制動指令主要由各節(jié)車廂制動控制單元進(jìn)行傳遞[1]；（2）在列車運(yùn)行出現(xiàn)緊急情況時，或是出現(xiàn)滑行、空轉(zhuǎn)情況時，需要應(yīng)用緊急制動方法，此屬于一類保護(hù)型的制動模式，可以為列車的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行提供保障，應(yīng)用該方法時，司機(jī)應(yīng)手動按下緊急制動按鈕，采用空氣制動的形式實(shí)現(xiàn)制動，需要注意的是，一旦緊急制動啟動，指令不可修改；（3）停放制動為控制停放制度管路內(nèi)的壓力空氣，在其處于3.8bar時緩解停放制動，直至其下降至3.3bar，停放制動可重新啟動[2]。

制動控制閥（如圖1）屬于制動系統(tǒng)中的主要構(gòu)件，閥中包含一壓力開關(guān)，主要功能在于檢查轉(zhuǎn)向架軸制動施加效果，如果制動缸壓力處于0.04MPa以上，壓力開關(guān)閉合，制動檢測機(jī)電線圈進(jìn)入通電狀態(tài)，壓力在0.025MPa以下，壓力開關(guān)斷開，通電狀態(tài)結(jié)束。自動檢測繼電器的通電電壓為24V，其中包含三對觸頭，①號觸頭處于常閉狀態(tài)，②號觸頭處于常開狀態(tài)，在施加制動以及緩解制動時，各觸頭的開閉狀態(tài)相反，且可隨制動狀態(tài)變化反復(fù)轉(zhuǎn)換開閉狀態(tài)。自動管理軟件進(jìn)行運(yùn)行時，即為針對此二者的轉(zhuǎn)換情況進(jìn)行監(jiān)測，以判斷列車制動狀態(tài)是否正常，且判斷結(jié)果呈現(xiàn)于顯示屏上供司機(jī)查看[3]。繼電器中的③號觸頭通電電壓為110V，處于常開狀態(tài)，將全部③號觸頭進(jìn)行串聯(lián)處理。使其構(gòu)成列車整體自動檢測列車線，并采用指示燈的形式進(jìn)行呈現(xiàn)，如果全部轉(zhuǎn)向架處于空氣制動狀態(tài)，則全部③號觸頭導(dǎo)通，顯示屏上可顯示制動指示燈亮起。

1.2.2?特點(diǎn)

地鐵列車制動系統(tǒng)具有停車準(zhǔn)確、平穩(wěn)、迅速、操作靈活以及制動力大的特點(diǎn)，原因在于，地鐵站之間的間距相對較小，列車時常需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行停車或是調(diào)速，為了提升運(yùn)行效率，必須提升列車啟動速度、縮減列車制動距離。與此同時，地鐵列車的制動率恒定，因?yàn)榈罔F列車乘客數(shù)量的波動幅度極大，且能夠?qū)囕v總重量產(chǎn)生較大的影響，也就能夠引起大幅度的制動率變化，列車制動過程中的減少縱向沖動、防止車輪滑行以及降低速度等操作的效果均可能因此受到影響[4]。

2??地鐵列車制動系統(tǒng)故障類型

在通常情況下，地鐵列車中出現(xiàn)的故障情況，可以通過查看制動系統(tǒng)故障記錄獲取。從實(shí)際上來看，繼電器故障屬于一類相對常見的故障，除此類型故障之外，根據(jù)制動系統(tǒng)故障記錄內(nèi)容，列車運(yùn)行過程中故障的種類和原因包含多個方面。

2.1??常用制動控制閥異常

列車運(yùn)行時，如果常用制動控制閥中存在電流值異常的情況，則常用制動控制不能正常應(yīng)用，原因則通常在于控制閥自身故障或是ECU內(nèi)部存在輸出回路故障，應(yīng)該使用單閥試驗(yàn)臺針對其中故障情況進(jìn)行確認(rèn)，之后開展分解維修工作。

2.2??防滑異常

這一故障可分為兩種形式：（1）列車運(yùn)行時，防滑閥不能正常動作，也就不能實(shí)現(xiàn)防滑控制；（2）列車運(yùn)行時，ECU制動控制器啟動，導(dǎo)致防滑驅(qū)動回路動作確認(rèn)結(jié)果出現(xiàn)錯誤，也就不能正常實(shí)施防滑控制[5]。一般原因在于，防滑閥內(nèi)部的電磁閥部故障，或是防滑閥與ECU之間存在線路問題。針對這一故障進(jìn)行處理時，應(yīng)該以制動系統(tǒng)原理為根據(jù)，同時結(jié)合列車內(nèi)部的接線線號對照表，針對相關(guān)線路開展校正工作，確認(rèn)其中有無錯接、漏接、虛接或斷線情況；如果防滑閥插頭內(nèi)部進(jìn)水，也可能引起此故障，同時，也應(yīng)針對ECU內(nèi)部進(jìn)行查看，確認(rèn)有無輸出回路故障。

2.3??導(dǎo)線邏輯異常

列車運(yùn)行時，制動力不足以及制動不緩解，兩個類型的線路如果同時得電，即檢測結(jié)果顯示故障，但并不能判定故障具體原因。這一情況的出現(xiàn)在于ECU內(nèi)部存在輸入回路故障，或是主控側(cè)出現(xiàn)故障。

2.4??傳感器異常

（1）如果AS1、AS2傳感器存在異常情況，列車運(yùn)行時，相應(yīng)的傳感器輸出信號將呈現(xiàn)出異常情況；（2）BC傳感器異常，輸出信號異常，動力不足或是制動力不緩解的情況不能得到清晰呈現(xiàn)；（3）在AC傳感器異常時，自動控制失效。導(dǎo)致傳感器異常情況出現(xiàn)的原因，通常在于電源故障線路異?；蚴荅CU內(nèi)部輸入回路故障[6]。

2.5??制動力不足

列車運(yùn)行過程中，如果常用制動水平在4級以上，但同時BC壓力小于規(guī)定值，即為常用制動力不足。并且，進(jìn)行緊急制動的過程中，也可能出現(xiàn)緊急制動力不足的情況，導(dǎo)致此類情況出現(xiàn)的原因：（1）電控轉(zhuǎn)換中繼閥出現(xiàn)故障，需要首先使用單閥試驗(yàn)臺確認(rèn)故障的具體位置，并進(jìn)行分解檢修；（2）ECU內(nèi)部存在輸出回路故障；（3）壓力傳感器單元故障，需要對其中的工作電流進(jìn)行測量，以判斷故障點(diǎn)。

3??地鐵列車故障實(shí)例

3.1??故障基本情況

某一地鐵列車的制動系統(tǒng)電子控制單元ECU頻繁出現(xiàn)嚴(yán)重故障，故障主要表現(xiàn)為列車管理系統(tǒng)之中，各轉(zhuǎn)向架相應(yīng)的制動施加緩解狀態(tài)在顯示屏幕上存在錯誤顯示的情況，導(dǎo)致司機(jī)不能準(zhǔn)確掌握列車制動狀態(tài)，必須將轉(zhuǎn)向架空氣制動模式解除，方可退出服務(wù)。通過查看制動系統(tǒng)故障記錄可以了解到，這一情況被記錄為“制動檢測繼電器狀態(tài)錯誤”，也就是“繼電器故障”。

3.2??故障原因

雖然在這一地鐵列車之中，系統(tǒng)判定故障屬于繼電器故障，但實(shí)際繼電器故障的表現(xiàn)應(yīng)為轉(zhuǎn)向架制動狀態(tài)在管理系統(tǒng)中顯示錯誤，而根據(jù)該列車的制動壓力數(shù)值來看，轉(zhuǎn)向架制動狀態(tài)未出現(xiàn)異常，并且在這一故障初出現(xiàn)時，針對其進(jìn)行處理，必須首先將故障轉(zhuǎn)向架中的空氣制動解除，但是實(shí)際上，該轉(zhuǎn)向架的制動系統(tǒng)持續(xù)處于正常狀態(tài)，所以針對故障的具體原因，還需進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)查分析。

3.2.1?故障原因調(diào)查

出現(xiàn)故障時。制動指示燈可以反映真實(shí)的車輛制動狀態(tài)供司機(jī)查看，所以③號觸頭必然處于正常狀態(tài)。與此同時，故障出現(xiàn)時，①號和②號觸頭均可正常閉合，但不可導(dǎo)通，所以可以認(rèn)為，故障在于①號和②號觸頭。

3.2.2?故障原因分析

此類型故障共發(fā)生近50次，更換自動控制閥約40個，導(dǎo)致列車制動系統(tǒng)應(yīng)用效果嚴(yán)重不穩(wěn)定。使用顯微鏡觀察故障繼電器，可見觸頭上存在諸多微粒，直徑為數(shù)十m左右，進(jìn)行振動試驗(yàn)之后，其中微粒位置出現(xiàn)顯著變化。接通24V電壓，直徑在30m以上的微粒能夠?qū)τ|頭導(dǎo)通效果產(chǎn)生顯著影響。以此為基礎(chǔ)，因?yàn)棰偬柡廷谔栍|頭的通電電壓為24V，而③號觸頭的通電電壓為110V，所以微粒未影響③號觸頭。而①號和②號觸頭受到顯著影響。針對微粒成分進(jìn)行分析，其成分主要為銅硫化物以及鐵氧化鎳，與繼電器原本內(nèi)部材料狀態(tài)一致，并且根據(jù)繼電器廠商的說法，繼電器出廠時即存在此類型的微粒。

3.3??故障解決措施

根據(jù)目前的情況可以明確，雖然新舊繼電器中均含有微粒，但是隨著繼電器投入實(shí)際使用的時間增加，微粒數(shù)量持續(xù)增加，所以更換繼電器不能消除這一故障，也就需要對列車控制邏輯進(jìn)行合理調(diào)整。

根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整制動管理軟件的檢測工作邏輯，將原本針對①號和②號觸頭開閉狀態(tài)的監(jiān)測，轉(zhuǎn)為針對壓力開關(guān)開閉情況的監(jiān)測。針對地鐵列車全部制動管理軟件完成邏輯更新以后，經(jīng)過數(shù)個月的運(yùn)行，其中未出現(xiàn)故障。

4??地鐵列車故障預(yù)防措施

根據(jù)上述內(nèi)容可以了解到，能夠?qū)е碌罔F列車出現(xiàn)制動故障的原因較多，為了盡可能保障列車運(yùn)行安全可靠，應(yīng)該注重采取以下預(yù)防措施，以降低列車制動故障的發(fā)生率：（1）加強(qiáng)日常檢查，定期在列車上線運(yùn)營之前開展檢查工作，例如進(jìn)行定點(diǎn)試車、檢查系統(tǒng)塞門位置正確與否等；（2）對于存在故障的列車，應(yīng)及時調(diào)取故障記錄，并根據(jù)車輛整體運(yùn)行情況開展分析工作，明確可能存在的隱患及原因，避免故障愈加嚴(yán)重，特別是部分存在故障的列車能夠在運(yùn)營過程中自行恢復(fù)，針對此類情況，同樣需要開展檢查工作，以避免引起嚴(yán)重后果；（3）針對處于修程狀態(tài)的列車，應(yīng)該對其中的制動系統(tǒng)開展全面細(xì)致的檢測工作，主要檢測內(nèi)容包括：第一，針對閥體內(nèi)部件進(jìn)行檢修時，應(yīng)該首先進(jìn)行分解，特別是含有橡膠件的部件，應(yīng)及時更換橡膠件，完成組裝后，還應(yīng)于單閥試驗(yàn)臺上開展試驗(yàn)和參數(shù)調(diào)整工作，確認(rèn)合格方可應(yīng)用于實(shí)際[7]；第二，必須在試驗(yàn)臺上針對ECU等各類電子部件性能進(jìn)行檢測，若情況必要，應(yīng)根據(jù)說明書內(nèi)容進(jìn)行參數(shù)調(diào)整；第三，必須在試驗(yàn)臺上針對空壓機(jī)啟動開關(guān)、總風(fēng)欠壓開關(guān)等有關(guān)于壓力的開關(guān)進(jìn)行參數(shù)校對工作；第四，各部件安裝工作完成以后，應(yīng)針對全車實(shí)施單車試驗(yàn)，保障其綜合性能良好；第五，針對整編組列車開展綜合性能試驗(yàn)；第六，進(jìn)行制動減速度以及制動距離的制動功能試驗(yàn)。

5??地鐵列車制動系統(tǒng)的優(yōu)化措施

電制動、空氣制動和機(jī)械停放制動為當(dāng)代地鐵列車制動系統(tǒng)中最為常見的制動功能，并且根據(jù)目前的情況來看，來自克諾爾公司的EP2002空氣制動系統(tǒng)在我國得到廣泛應(yīng)用，該系統(tǒng)以雙通道CAN網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，包含智能閥、網(wǎng)關(guān)閥、RIO閥三個類型，其中智能閥具有基本制動功能，網(wǎng)關(guān)閥除防滑控制、緊急制動以及常用制動等基本功能以外，還具有與多功能列車總線通信的功能，可以獲取自動指令、其他單元質(zhì)量、制動狀態(tài)等各方面信息，還能針對制動力開展管理工作等，RIO閥與上述兩類閥的相似度較高，但是因?yàn)槟M信號以及輸入/輸出硬件信號數(shù)量更多，所以可以更加有效的監(jiān)控變量參數(shù)[8]。

EP2002閥中均包含兩套制動控制模塊，若地鐵列車處于非滑行狀態(tài)，則兩套控制模塊持續(xù)進(jìn)行輪換工作，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行緊急制動時，當(dāng)緊急制動列車線處于失電狀態(tài)，網(wǎng)關(guān)閥和智能閥將以空簧壓力為基礎(chǔ)，針對相應(yīng)的轉(zhuǎn)向架制動裝置實(shí)施充風(fēng)制動處理，且自動控制模塊不調(diào)整控制輸出壓力，而是僅施加制動。各個轉(zhuǎn)向架處于緊急制動狀態(tài)時，其相應(yīng)的空簧壓力平均值能夠影響到輸出壓力。

進(jìn)行常用制動時，首先由ATO或者司控器發(fā)出制動指令，以列車整體荷載以及電制動狀態(tài)為基礎(chǔ)，對空氣制動力不足量進(jìn)行計算，且應(yīng)該根據(jù)網(wǎng)關(guān)閥發(fā)出的目標(biāo)制動缸壓力，以及制動缸壓力傳感器發(fā)出的反饋壓力，合理調(diào)整實(shí)際輸出的壓力，整體上采用控制排氣電磁閥與保持電磁閥的組合得失電狀態(tài)的方式，對制動狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。

發(fā)揮防滑保護(hù)功能時，因?yàn)樵撓到y(tǒng)采用單軸控制，所以需要通過針對電磁閥和活塞閥組合動作進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)防滑保護(hù)。

對于地鐵列車實(shí)際運(yùn)行來說，制動性能是保障安全停車的基礎(chǔ)，目前多數(shù)地鐵列車最大運(yùn)行速度狀態(tài)下的常用制動最大減速度應(yīng)該為至少1.0m/s2，緊急制動減速度以及快速制動減速度應(yīng)為至少1.2m/s2，部分特別的項(xiàng)目要求達(dá)到1.3m/s2。進(jìn)行常用制動時，司機(jī)應(yīng)將控制手柄移動至最大常用制動位，此時牽引指令降至低電平狀態(tài)，指令消失，同時列車開始惰行，常用制動指令則處于高電平狀態(tài)，也就是列車進(jìn)入到施加制動的模式當(dāng)中；采用電控混合模式進(jìn)行快速制動和緊急制動時，二者雖然均處于復(fù)合制動模式當(dāng)中，但是相對于緊急制動，快速制動需要更早地實(shí)現(xiàn)空氣制動介入，并且制動缸壓力明顯在常用制動壓力之上，所以減速度更大，制動距離更短，實(shí)現(xiàn)制動更加迅速；如果車輪在制動過程中打滑，速度傳感器則可獲取車輪速度下降信息，隨之，制動缸壓力快速下降，制動減緩并再次上升，從而有效落實(shí)車輛防滑保護(hù)措施，并起到保障地鐵列車安全運(yùn)行的效果。

6??結(jié)語

針對本文實(shí)例內(nèi)容，地鐵列車?yán)^電器故障的主要原因之一，在于其中的低電壓觸頭導(dǎo)電效果易受到金屬微粒變化情況影響，特別是金屬微粒數(shù)量隨使用時間延長而增加時，將出現(xiàn)管理軟件檢測效果不良情況。當(dāng)前生產(chǎn)廠家已經(jīng)針對自動管理軟件控制邏輯進(jìn)行調(diào)整，將直接監(jiān)測壓力開關(guān)作為其中的標(biāo)準(zhǔn)工作邏輯。與此同時，本文也針對其他多種類型的地鐵列車制動故障情況、原因和解決措施進(jìn)行討論，并更加深入地探究地鐵列車制動系統(tǒng)優(yōu)化措施，以促使地鐵列車制動系統(tǒng)應(yīng)用效果良好，從而有效保障列車運(yùn)行的高效和安全。

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